Fundamentos de la teoría cinética molecular de la estructura de la materia.

Los fundamentos de la teoría cinética molecular fueron desarrollados por M.V. Lomonosov, L. Boltzmann, J. Maxwell y otros. Esta teoría se basa en los siguientes principios:

1. Todas las sustancias están formadas por pequeñas partículas: moléculas. Las moléculas de sustancias complejas están formadas por partículas aún más pequeñas: los átomos. Diferentes combinaciones de átomos crean tipos de moléculas. Un átomo está formado por un núcleo cargado positivamente rodeado por un átomo cargado negativamente. capa electrónica. La masa de moléculas y átomos se mide en unidades de masa atómica (uma). El diámetro de los átomos y moléculas es del orden de 10 a 10 cm.La cantidad de sustancia que contiene un número de partículas (átomos o moléculas) igual al número de átomos en 0,012 kg de isótopo de carbono C se llama oramos.

Las moléculas chocan entre sí, cambiando de velocidad tanto en magnitud como en dirección. En este caso se produce una redistribución de su energía cinética total. Un cuerpo formado por moléculas se considera un sistema de partículas en movimiento e interacción. Un sistema de moléculas de este tipo tiene una energía que consiste en la energía potencial de interacción entre partículas y la energía cinética del movimiento de las partículas. Esta energía se llama energía interna de los cuerpos. Cantidad energía interna transferido entre cuerpos durante el intercambio de calor se llama cantidad de calor (julios, cal). Julio - SI. 1 cal = 4,18 J. Los átomos y las moléculas están en movimiento continuo, lo que se llama térmico. La principal propiedad del movimiento térmico es su naturaleza ininterrumpida (caticidad). Para caracterizar cuantitativamente la intensidad del movimiento térmico, se introduce el concepto de temperatura corporal. Cuanto más intenso es el movimiento térmico de las moléculas de un cuerpo, mayor es su temperatura. Cuando dos cuerpos entran en contacto, la energía pasa del cuerpo más caliente al menos caliente y eventualmente se asienta. estado de equilibrio térmico.

Desde el punto de vista de los conceptos cinéticos moleculares. temperatura es una cantidad que caracteriza la energía cinética promedio del movimiento de traslación de moléculas o átomos. La unidad de medida de la temperatura del calor es grado.(Una centésima parte de la diferencia entre los puntos de ebullición y congelación del agua pura en presión atmosférica). La escala de temperatura absoluta Kelvin se introdujo en la física. Grado Celsius igual a un grado Kelvin. A una temperatura de –273 C, el movimiento de traslación de las moléculas de gas (cero absoluto) debería detenerse, es decir, el sistema (cuerpo) tiene la menor energía posible.

Los principios básicos de la teoría cinética molecular de la estructura de la materia están confirmados por numerosos experimentos y fenómenos (difusión, movimiento browniano, mezcla de líquidos, compresibilidad de diversas sustancias, disolución de sólidos en líquidos, etc.). Los métodos experimentales modernos (análisis de difracción de rayos X, observaciones con un microscopio electrónico y otros) han enriquecido nuestra comprensión de la estructura de la materia. En un gas, las distancias entre las moléculas son relativamente grandes y las fuerzas de atracción son insignificantes. Las moléculas de gas siempre tienden a distribuirse uniformemente por todo el volumen que ocupan. El gas ejerce presión sobre las paredes del recipiente en el que se encuentra. Esta presión es causada por los impactos de las moléculas en movimiento. Al estudiar la teoría cinética del gas, la llamada gas ideal. Un gas en el que despreciamos las fuerzas de interacción intermolecular y el volumen de las moléculas del gas. Suponiendo que durante las colisiones, las moléculas de un gas ideal son como bolas absolutamente elásticas.

Para estudiar el tema “Movimiento Térmico” necesitamos repetir:

En el mundo que nos rodea suceden varios tipos de cosas. fenomeno fisico, que están directamente relacionados con los cambios en la temperatura corporal.

Desde pequeños recordamos que el agua del lago al principio está fría, luego apenas tibia y solo después de un tiempo se vuelve apta para nadar.

Con palabras como “frío”, “caliente”, “ligeramente cálido” definimos diferentes grados de “calentamiento” de los cuerpos o, en el lenguaje de la física, diferentes temperaturas tel.

Si comparas la temperatura en el lago en verano y finales de otoño, la diferencia es obvia. Temperatura agua tibia ligeramente superior a la temperatura del agua helada.

Como es sabido, la difusión a más alta temperatura sucede más rápido. De esto se deduce que la velocidad de movimiento de las moléculas y la temperatura están profundamente interrelacionadas.

Realice el experimento: tome tres vasos y llénelos con agua fría, tibia y agua caliente, ¿ahora pones una bolsita de té en cada vaso y observas cómo cambia el color del agua? ¿Dónde se producirá este cambio con mayor intensidad?

Si aumenta la temperatura, la velocidad de movimiento de las moléculas aumentará, si la disminuye, disminuirá. Así, concluimos: La temperatura corporal depende directamente de la velocidad de movimiento de las moléculas.

El agua caliente se compone exactamente de las mismas moléculas que el agua fría. La diferencia entre ellos está únicamente en la velocidad de movimiento de las moléculas.

Los fenómenos que se relacionan con el calentamiento o enfriamiento de los cuerpos y los cambios de temperatura se denominan térmicos. Estos incluyen calentar o enfriar no sólo cuerpos líquidos, sino también aire gaseoso y sólido.

Más ejemplos de fenómenos térmicos: derretimiento de metales, derretimiento de nieve.

Las moléculas o átomos, que son la base de todos los cuerpos, se encuentran en un movimiento caótico sin fin. El movimiento de moléculas en diferentes cuerpos ocurre de manera diferente. Las moléculas de gas se mueven aleatoriamente con altas velocidades a lo largo de una trayectoria muy compleja.Cuando chocan, rebotan entre sí, cambiando la magnitud y dirección de las velocidades.

Las moléculas líquidas oscilan alrededor de posiciones de equilibrio (ya que están ubicadas casi una cerca de la otra) y relativamente raramente saltan de una posición de equilibrio a otra. El movimiento de las moléculas en los líquidos es menos libre que en los gases, pero más libre que en los sólidos.

En los sólidos, las moléculas y los átomos vibran alrededor de ciertas posiciones promedio.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de las partículas, Es por eso El movimiento caótico de partículas se suele denominar térmico.

Interesante:

cual es la altura exacta Torre Eiffel? Y depende de la temperatura ambiente!

El caso es que la altura de la torre varía hasta 12 centímetros.

y la temperatura de las vigas puede alcanzar hasta 40 grados centígrados.

Y como usted sabe, las sustancias pueden expandirse bajo la influencia de altas temperaturas.

Caótico es la característica más importante movimiento térmico. Una de las pruebas más importantes del movimiento de las moléculas es la difusión y el movimiento browniano. (El movimiento browniano es el movimiento de pequeñas partículas sólidas en un líquido bajo la influencia de impactos moleculares. Como muestra la observación, el movimiento browniano no puede detenerse). El movimiento browniano fue descubierto por el botánico inglés Robert Brown (1773-1858).

Absolutamente todas las moléculas del cuerpo participan en el movimiento térmico de moléculas y átomos, por lo que con un cambio en el movimiento térmico también cambia el estado del propio cuerpo y sus diversas propiedades.

Recordemos cómo cambian las propiedades del agua con los cambios de temperatura.

La temperatura corporal depende directamente de la energía cinética promedio de las moléculas. Sacamos una conclusión obvia: cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la energía cinética media de sus moléculas. Y, a la inversa, a medida que disminuye la temperatura corporal, disminuye la energía cinética promedio de sus moléculas.

Temperatura - una cantidad que caracteriza el estado térmico del cuerpo o, en otras palabras, una medida del "calentamiento" del cuerpo.

Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la energía promedio de sus átomos y moléculas.

Se mide la temperatura termómetros, es decir. instrumentos de medición de temperatura

¡La temperatura no se mide directamente! ¡El valor medido depende de la temperatura!

Actualmente, existen termómetros líquidos y eléctricos.

En los termómetros líquidos modernos, este es el volumen de alcohol o mercurio. ¡El termómetro mide tu propia temperatura! Y, si queremos medir la temperatura de algún otro cuerpo usando un termómetro, debemos esperar un tiempo hasta que las temperaturas del cuerpo y del termómetro sean iguales, es decir Se producirá un equilibrio térmico entre el termómetro y el cuerpo. Un termómetro doméstico “termómetro” necesita tiempo para dar una lectura precisa de la temperatura del paciente.

Esta es la ley del equilibrio térmico:

Para cualquier grupo de cuerpos aislados, después de algún tiempo las temperaturas se vuelven las mismas,

aquellos. se produce un estado de equilibrio térmico.

La temperatura corporal se mide con un termómetro y suele expresarse en grados Celsius(ºC). También existen otras unidades de medida: Fahrenheit, Kelvin y Réaumur.

Muy a menudo, los físicos miden la temperatura en la escala Kelvin. 0 grados Celsius = 273 grados Kelvin

Boleto No. 17

1. Hipótesis atomística de la estructura de la materia y su evidencia experimental. Modelo de gas ideal. Temperatura absoluta. La temperatura como medida de la energía cinética promedio del movimiento de partículas cálidas.

1. Leyes de reflexión y refracción de la luz; completo reflexión interna; lentes; fórmula para lentes delgadas; Instrumentos ópticos.

a. 1. Todas las sustancias están formadas por moléculas con espacios entre ellas. Prueba: 1. si rompes un objeto, entonces el corte es áspero; 2. Cualquier cuerpo siempre se puede comprimir; esto se debe a los espacios entre las moléculas.

b. Todas las moléculas están en movimiento continuo y caótico. Prueba: 1. difusión: el fenómeno de mezclar sustancias entre sí. Si combina dos sustancias, se mezclarán después de un tiempo sin revolver (por ejemplo: encurtir pepinos); 2. El movimiento browniano es el movimiento de partículas grandes suspendidas en un líquido o gas. (por ejemplo: las partículas de polvo “bailan” en el aire; esto sucede debido al hecho de que las moléculas de aire se mueven de forma continua y aleatoria y derriban moléculas).

C. Entre las moléculas existen simultáneamente fuerzas de atracción y repulsión (por ejemplo: un trampolín, el resorte de un automóvil, etc.)

Un gas ideal es un modelo en física. Un gas en un recipiente se considera gas ideal cuando una molécula que vuela de pared a pared del recipiente no experimenta colisiones con otras moléculas.

La ecuación básica MKT conecta parámetros macroscópicos (presión, volumen, temperatura) de un sistema gaseoso con parámetros microscópicos (masa de moléculas, velocidad media sus movimientos).

¿Dónde está la concentración, 1/mol? - masa molecular, kg; - velocidad cuadrática media de las moléculas, m/s; - energía cinética del movimiento molecular, J.

Temperatura absoluta – medida en K (kelvins)

El cero absoluto es una temperatura igual a -273 grados centígrados, a la que debería cesar todo movimiento.

Para explicar las propiedades de la materia en estado gaseoso se utiliza el modelo de los gases ideales. Un gas se considera ideal si: a) no existen fuerzas de atracción entre las moléculas, es decir, las moléculas se comportan como cuerpos absolutamente elásticos;

B) el gas está muy descargado, es decir. la distancia entre moléculas es mucho más tamaños las moléculas mismas;

C) el equilibrio térmico en todo el volumen se logra instantáneamente. Las condiciones necesarias para que un gas real adquiera las propiedades de un gas ideal se cumplen bajo la apropiada rarefacción del gas real. Algunos gases, incluso a temperatura ambiente y presión atmosférica, difieren ligeramente de los ideales. Los principales parámetros de un gas ideal son la presión, el volumen y la temperatura.

Uno de los primeros y éxitos importantes MCT fue una explicación cualitativa y cuantitativa de la presión del gas en las paredes de un recipiente. La explicación cualitativa es que las moléculas de gas, al chocar con las paredes de un recipiente, interactúan con ellas según las leyes de la mecánica como cuerpos elásticos y transfieren sus impulsos a las paredes del recipiente.

Con base en el uso de los principios básicos de la teoría cinética molecular, se obtuvo la ecuación básica MKT para un gas ideal,

Que se ve así: , donde p es la presión de un gas ideal, m0 es la masa de la molécula, el valor promedio

Concentración de moléculas, cuadrado de la velocidad de las moléculas.

Designar el valor medio de la energía cinética del movimiento de traslación de las moléculas de gas ideal.

Obtenemos la ecuación principal.

MCT de un gas ideal en la forma:

Sin embargo, midiendo únicamente la presión del gas, es imposible conocer la energía cinética promedio de las moléculas individuales o su concentración. En consecuencia, para encontrar los parámetros microscópicos de un gas, es necesario medir alguna otra cantidad física relacionada con la energía cinética promedio de las moléculas. Esta cantidad es la temperatura. Temperatura - escalar cantidad física, que describe el estado de equilibrio termodinámico (un estado en el que no hay cambios en los parámetros microscópicos). Como cantidad termodinámica, la temperatura caracteriza el estado térmico del sistema y se mide por el grado de su desviación de lo que se supone que es cero; como cantidad cinética molecular, caracteriza la intensidad del movimiento caótico de las moléculas y se mide. por su energía cinética promedio. Ek = 3/2 kT, donde k = 1,38 10^(-23) J/K y se llama constante de Boltzmann.

La temperatura de todas las partes de un sistema aislado en equilibrio es la misma. La temperatura se mide con termómetros en varios grados. escalas de temperatura. Existe una escala termodinámica absoluta (la escala Kelvin) y varias escalas empíricas que difieren en sus puntos de partida. Antes de la introducción de la escala de temperatura absoluta, la escala Celsius se utilizaba ampliamente en la práctica (el punto de congelación del agua se consideraba 0 °C y el punto de ebullición del agua a presión atmosférica normal se consideraba 100 °C).

La unidad de temperatura en la escala absoluta se llama Kelvin y se elige para que sea igual a un grado en la escala Celsius 1 K = 1 °C. En la escala Kelvin se toma como cero la temperatura del cero absoluto, es decir, la temperatura a la que la presión de un gas ideal a volumen constante es cero. Los cálculos dan como resultado que la temperatura del cero absoluto es -273 °C. Así, existe una relación entre la escala de temperatura absoluta y la escala Celsius: T = t °C + 273. Las temperaturas del cero absoluto son inalcanzables, ya que cualquier enfriamiento se basa en la evaporación de las moléculas de la superficie, y cuando se acerca al cero absoluto, la velocidad del movimiento de traslación de las moléculas se reduce tanto que la evaporación prácticamente se detiene. Teóricamente, en el cero absoluto, la velocidad del movimiento de traslación de las moléculas es cero, es decir, el movimiento térmico de las moléculas se detiene.

En el mundo que nos rodea ocurren diversos tipos de fenómenos físicos que están directamente relacionados con cambio en la temperatura corporal. Desde pequeños sabemos que agua fría Cuando se calienta, al principio apenas se calienta y sólo después de un cierto tiempo se calienta.

Con palabras como “frío”, “caliente”, “tibio” definimos diferentes grados de “calentamiento” de los cuerpos o, en el lenguaje de la física, diferentes temperaturas de los cuerpos. La temperatura del agua tibia es ligeramente más alta que la temperatura del agua fría. Si comparas la temperatura del aire en verano y en invierno, la diferencia de temperatura es obvia.

La temperatura corporal se mide con un termómetro y se expresa en grados Celsius (°C).

Como se sabe, la difusión se produce más rápidamente a temperaturas más altas. De esto se deduce que la velocidad de movimiento de las moléculas y la temperatura están profundamente interrelacionadas. Si aumenta la temperatura, la velocidad de movimiento de las moléculas aumentará, si la disminuye, disminuirá.

Así, concluimos: La temperatura corporal depende directamente de la velocidad de movimiento de las moléculas.

El agua caliente se compone exactamente de las mismas moléculas que el agua fría. La diferencia entre ellos está únicamente en la velocidad de movimiento de las moléculas.

Los fenómenos que se relacionan con el calentamiento o enfriamiento de los cuerpos y los cambios de temperatura se denominan térmicos. Estos incluyen calentar o enfriar aire, derretir metal y derretir nieve.

Las moléculas o átomos, que son la base de todos los cuerpos, se encuentran en un movimiento caótico sin fin. La cantidad de tales moléculas y átomos en los cuerpos que nos rodean es enorme. Un volumen igual a 1 cm³ de agua contiene aproximadamente 3,34 · 10²² moléculas. Cualquier molécula tiene una trayectoria de movimiento muy compleja. Por ejemplo, las partículas de gas que se mueven a gran velocidad en diferentes direcciones pueden chocar entre sí y con las paredes del recipiente. Así, cambian su velocidad y continúan moviéndose nuevamente.

La Figura 1 muestra el movimiento aleatorio de partículas de pintura disueltas en agua.

Así, sacamos otra conclusión: El movimiento caótico de las partículas que forman los cuerpos se llama movimiento térmico.

La caticidad es la característica más importante del movimiento térmico. Una de las pruebas más importantes del movimiento molecular es Difusión y movimiento browniano.(El movimiento browniano es el movimiento de pequeñas partículas sólidas en un líquido bajo la influencia de impactos moleculares. Como muestra la observación, el movimiento browniano no puede detenerse).

En los líquidos, las moléculas pueden vibrar, rotar y moverse en relación con otras moléculas. Si tomamos sólidos, entonces sus moléculas y átomos vibran alrededor de ciertas posiciones promedio.

Absolutamente todas las moléculas del cuerpo participan en el movimiento térmico de moléculas y átomos, por lo que con un cambio en el movimiento térmico también cambia el estado del propio cuerpo y sus diversas propiedades. Por lo tanto, si aumenta la temperatura del hielo, comienza a derretirse y adquiere una forma completamente diferente: el hielo se vuelve líquido. Si, por el contrario, se baja la temperatura de, por ejemplo, el mercurio, cambiará sus propiedades y pasará de líquido a sólido.

t La temperatura corporal depende directamente de la energía cinética media de las moléculas. Sacamos una conclusión obvia: cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la energía cinética media de sus moléculas. Y, a la inversa, a medida que disminuye la temperatura corporal, disminuye la energía cinética promedio de sus moléculas.

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El término "temperatura" apareció en una época en la que los físicos pensaban que los cuerpos calientes estaban compuestos en mayor medida de una sustancia específica -calórica- que los mismos cuerpos, pero fríos. Y la temperatura se interpretó como un valor correspondiente a la cantidad de calorías en el cuerpo. Desde entonces, la temperatura de cualquier cuerpo se mide en grados. Pero en realidad es una medida de la energía cinética de las moléculas en movimiento y, en base a esto, debería medirse en julios, de acuerdo con el Sistema de Unidades C.

El concepto de “temperatura cero absoluta” proviene de la segunda ley de la termodinámica. Según él, el proceso de transferencia de calor de un cuerpo frío a uno caliente es imposible. Este concepto fue introducido físico inglés W. Thomson. Por sus logros en física, recibió el título de nobleza "Lord" y el título de "Barón Kelvin". En 1848, W. Thomson (Kelvin) propuso utilizar una escala de temperatura en la que tomó como punto de partida la temperatura del cero absoluto, correspondiente al frío extremo, y tomó los grados Celsius como valor de división. La unidad Kelvin es 1/27316 de la temperatura del punto triple del agua (aproximadamente 0 grados C), es decir temperatura a la que agua pura Se encuentra inmediatamente en tres formas: hielo, agua líquida y vapor. La temperatura es la mínima posible. baja temperatura, en el que se detiene el movimiento de las moléculas y ya no es posible extraer energía térmica de la sustancia. Desde entonces, la escala de temperatura absoluta lleva su nombre.

La temperatura se mide en diferentes escalas.

La escala de temperatura más utilizada se llama escala Celsius. Se basa en dos puntos: la temperatura de transición de fase del agua de líquido a vapor y de agua a hielo. A. Celsius en 1742 propuso dividir la distancia entre puntos de referencia en 100 intervalos, y tomar el agua como cero, con el punto de congelación en 100 grados. Pero el sueco K. Linnaeus sugirió hacer lo contrario. Desde entonces, el agua se ha congelado a cero grados A. Celsius. Aunque debería hervir exactamente a grados Celsius. El cero absoluto Celsius corresponde a -273,16 grados Celsius.

Hay varias escalas de temperatura más: Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Tienen diferentes precios de división. Por ejemplo, la escala Reaumur también se basa en los puntos de referencia de ebullición y congelación del agua, pero tiene 80 divisiones. La escala Fahrenheit, que apareció en 1724, se utiliza en la vida cotidiana sólo en algunos países del mundo, incluido Estados Unidos; una es la temperatura de la mezcla de agua helada y amoníaco y la otra es la temperatura del cuerpo humano. La escala se divide en cien divisiones. Cero Celsius corresponde a 32 La conversión de grados a Fahrenheit se puede realizar mediante la fórmula: F = 1,8 C + 32. Conversión inversa: C = (F - 32)/1,8, donde: F - grados Fahrenheit, C - grados Celsius. Si le da pereza contar, vaya a un servicio en línea para convertir grados Celsius a Fahrenheit. En el cuadro, ingrese el número de grados Celsius, haga clic en "Calcular", seleccione "Fahrenheit" y haga clic en "Iniciar". El resultado aparecerá inmediatamente.

Lleva el nombre del físico inglés (más precisamente escocés) William J. Rankin, contemporáneo de Kelvin y uno de los creadores de la termodinámica técnica. Hay tres puntos importantes en su escala: el comienzo es el cero absoluto, el punto de congelación del agua es 491,67 grados Rankine y el punto de ebullición del agua es 671,67 grados. El número de divisiones entre la congelación del agua y su ebullición tanto para Rankine como para Fahrenheit es 180.

La mayoría de estas escalas son utilizadas exclusivamente por físicos. Y el 40% de los estudiantes de secundaria estadounidenses encuestados hoy dijeron que no saben qué es la temperatura del cero absoluto.